第5章-自整角机(力矩式自整角机讲)
自整角机原理和应用
控制电机5 章章第第 5自整角机5.1 自整角机概述5.2 自整角机的基本结构5.3 自整角机的工作原理和基本特点5.5 自整角机的应用举例5.4 自整角机主要性能指标和技术数据5.6 力矩式自整角机本章要求：熟练掌握控制式自整角机的工作原理及其工作特点。
掌握控制式自整角机接收机输出绕组的位置、输出绕组电势与失调角的关系。
掌握力矩式自整角机的工作特点、静态整步转矩与失调角的关系、比整步转矩等。
掌握自整角发送机与接收机成对使用的特点，了解自整角机的应用。
5.1 概概 述述自整角机是自动控制系统中的同步元件。
利用两台或多台自整角机在电路上的联系，可以使相隔一定距离、机械上互不连接的两根或多根转轴保持同步旋转或产生相同的转角变化。
与发送轴（即主动轴）耦合的自整角机称为发送机；与接收轴（即被动轴）耦合的自整角机称为接收机。
21变速器前置放大器信号处理直流放大器可控硅控制线路电源雷达雷达接收器测速发电机直流伺服电动机自整角机发送机手轮αβ功率变换器接收机自整角机按其使用要求不同，可分为控制式自整角机和力矩式自整角机。
控制式自整角接收机输出的是与两轴转角差成一定关系的电压，该电压控制交流伺服电动机去带动被动轴旋转，故能带动较大负载。
由于接收机工作在变压器状态，故通常称为自整角变压器。
力矩式接收机直接输出力矩并带动负载，但带载能力差，只能带动指针、刻度盘等轻负载，常用于角度传输精度要求不很高的指示系统中。
自整角机按结构形式不同可分为接触式和无接触式两大类。
雷达高低角自动显示系统原理图1. 自整角接收机2. 自整角发送机3. 交流伺服电动机4. 放大器5. 刻度盘6. 减速器<U~U j ~123456αβE 2雷达高低角系统是如何进行工作的？思考：自整角机工作录象控制电机θ1 ~U jZ 1 Z 2 D 1 D 2D 3 5.2 自整角机的基本结构自整角机的基本结构定子：铁心，三相对称绕组；接成Y 。
转子：铁心，单相绕组。
力矩式自整角机实验报告
力矩式自整角机实验报告嘿，大家好，今天我想跟你们聊聊力矩式自整角机，听起来是不是有点高大上？其实呢，它的原理还真不复杂。
想象一下，一个小小的机器，像个调皮的孩子，时不时就想转个弯。
它就靠着力矩的作用，帮助我们调整方向。
用一句话来说，就是“力矩大，方向稳”，这小家伙可真是个好帮手。
在实验开始之前，我们先得准备好各种工具和材料。
实验台上，那些闪闪发光的仪器，像是在朝我们招手。
大家都摩拳擦掌，期待着一场技术的较量。
你看，那个力矩传感器就像是个认真负责的老师，它要不断地监测机器的角度变化。
每当机器开始转动，力矩传感器就会立刻把数据反馈回来，简直是“快如闪电”。
这下我们可得好好把握这个机会，来一场精确的角度测量。
接下来就是动手的时刻了，大家兴奋得像小鸟一样，不停地讨论着要如何进行实验。
我决定从最简单的开始，调整一下机器的初始角度。
你瞧，这机器就像个乖宝宝，乖乖地听话。
每当我给它一点小力量，它就会按照我的想法转动。
真的是“有力气的人不怕困难”，只要你掌握好力矩，它就能在你的指挥下自如转动。
实验中我还发现了一个有趣的现象。
每次当我施加不同的力矩时，机器的转动速度和方向也会随之变化。
这让我想起一句老话，“力不从心”，在科学实验中，力的大小真的能决定一切。
这种变化让我觉得特别神奇，就像是看着魔术表演一样，令人着迷。
实验中也有遇到一些小麻烦。
比如，机器有时候会不听话，转得慢吞吞的。
我赶紧想了个办法，调整一下力矩，没想到效果立竿见影。
真是“办法总比困难多”，只要认真对待，总能找到解决问题的钥匙。
经过几次尝试，最终我们成功地让机器以理想的角度转动。
这种成就感就像在做游戏时通关一样，特别爽。
在实验结束的时候，我们对数据进行了详细分析。
那些看似枯燥的数字其实蕴含着无穷的智慧。
每一个力矩、每一个角度的变化，背后都是物理的奥秘在作祟。
像是打开了一扇窗，让我们看到了不一样的世界。
这一刻，我突然感受到，科学真是个神奇的东西，它能把复杂的原理简单化，让我们都能参与其中，体验乐趣。
自整角机结构及原理
第二节
力矩式自整角机
力矩式自整角机结构
力矩式自整角发送机和接收机大都采用两极的凸极机 结构。只有在频率较高而尺寸又较大的力矩式自整角 机中才采用隐极式结构。选用两极电机是为了保证在 整个圆周范围内只有唯一的转子对应位置，从而达到 准确指示。选用凸极式结构是为了能获得较好的参数 配合关系，以提高运行性能。
送机：主要与力矩式差动发送机、力矩式接收机一起工作，将
转子转角的变化转变为电信号输出。目前，我国生产的力矩式自整角发 送机其型号为ZLF。 ✓ 力矩式接收机：主要与力矩式发送机、力矩式差动发送机一起工作。其 作用是，接收了力矩式发送机或力矩式差动发送机的电信号后，使其转 子自动地转到对应于发送机转子的位置，或使转于转动的角度对应子发 送机转子和差动发送机转于转角变化的和或差)。目前，我国生产的力矩 式自整角接收机其型号为ZLJ。 ✓ 力矩式差动发送机：串接于力矩式发送机与接收机之间，将发送机的转 子转角及其自身的转子转角之和(或差)变换成电信号，传输给接收机。目 前，我国生产的力矩式差动自整角发送机其型号为ZCF ✓ 力矩式差动接收机：串接于两台力矩式发送机之间，接收它们输出的电 信号，使其转子转角为两台发送机转子转角之和(或差)。日前，我国生产 的力矩式差动自整角接收机其型号为ZCJ。
采用控制式自整角机和伺服机构组成的随动系统中，其驱动负载能力取决于系统 中的伺服电动机的容量，故能带动较大的负载。又控制式自整角机组成的闭环系 统，精度较高。
控制式自整角机分类
控制式自整角机按其用途可分为三种： 控制式发送机：主要用来与控制式自整角变压器或控制式差动发送机一
起工作。其作用是将转子转角的变化转变为电信号输出。目前，我国生 产的控制式自镑角发送机其型号为ZKF。 控制式自整角变压器：主要用来与控制式发送机及控制式差动发送机一 起工作。其作用是接收从控制式发送机或控制式差动发送机发送来的电 信号，使之变成与失调角呈正弦函数关系的输出电压。目前。我国生产 的控制式自锭角变压器其型号为ZKB。 控制式差动发送机：串接于控制式发送机与控制式自整角变压器之间， 将发送机转子转角及其自身转子转角的和(或差)变换成电信号送人自整角 变压器。目前，我国生产的控制式差动自整角发送机其型号为ZKC。
《微特电机及其控制》(电机本体部分)课程重点内容
绪论1．微特电机的分类。
2．微特电机新的发展趋势。
第二章伺服电动机与伺服系统1．从结构上，直流伺服电动机的分类。
分为两大类，传统型直流伺服电动机，低惯量型直流伺服电动机。
传统型直流伺服电动机其结构与普通直流电动机基本相同，只是功率和容量小得多，它可以再分为电磁式和永磁式两种；低惯量型直流伺服电动机可分为空心杯电枢直流伺服电动机，盘式电枢直流伺服电动机，无槽电枢直流伺服电动机2．直流伺服电机的静态特性1．机械特性：给出机械特性n=f(T e)的方程，绘制机械特性的曲线。
机械特性：控制电压恒定时，电机转速随电磁转矩的变化关系n=f (Te)2．调节特性：给出调节特性n=f(U a)的方程，绘制调节特性的曲线，结合调节特性曲线，掌握失灵区的概念。
调节特性负载转矩恒定时，转速随控制电压变化n=f (Ua)3．直流伺服电机的动态特性1．机电时间常数的计算公式，影响因素及相应的减小机电时间常数的方法。
机电时间常数与转动惯量成正比；与电机的每极气隙磁通的平方成反比，为了减小电机机械时间常数，应增加每极气隙磁通；与电枢电阻Ra的大小成正比，为减小时间常数，应尽可能减小电枢电阻，当伺服电动机用于自动控制系统，并由放大器供给控制电压时，应计入放大器的内阻Ri，Ra+Ri；直流伺服电动机的机电时间常数一般<30ms，低惯量直流伺服电机的时间常数<10ms。
4．交流异步伺服电动机1．不同转子电阻对机械特性的影响，分析为什么异步伺服电动机的转子电阻较普通异步电动机大。
增大转子电阻的三个好处：1. 可以增大调速范围由电机学原理知，异步电机的稳定运行区仅在： 0<s<sm，而正常电机的sm=0.1~0.2, 所以调速范围甚小。
增大转子电阻，使sm增大，从而增大调速范围。
2.使机械特性更加线性如右图中，曲线3的线性度比曲线2要好。
sm1=0.2, sm2=1.1, sm3=1.8能消除自转现象T=T1+T2，在正向旋转时， 0<s<1， T>0。
自整角机
第5章 自整角机
5.1 自整角机的类型和用途 5.2 自整角机的基本结构 5.3 控制式自整角机的工作原理 5.5 力矩式自整角机的运行 5.6 自整角机的选用和技术数据 思考题与习题
第七章 自整角机
5.1 自整角机的类型和用途
自整角机属于自动控制系统中的测位用微特电机。 自
整角机若按使用要求不同可分为力矩式自整角机和控制式自
式中，E2max为ZKB输出绕组感应电势的最大值，由于励磁 电压Uf一般为固定值, E2max为一常数。
第七章 自整角机
协调位置： 随动系统常用到协调位置这一术语。 规定输出电势E2为零时的转子绕组轴线为控制式自 整角机的协调位置。即图5-20中落后ZKB定子合成磁场 B / 90o的位置为协调位置（用 X t 相量表示）。
第七章 自整角机
以上所分析的内容就是控制式自整角机的工作原 理。 简单归纳如下： (1) ZKF的转子绕组产生的励磁磁场是一个脉振磁 场, 它在发送机定子绕组中感应变压器电势。 定子各 相电势时间上同相位, 其有效值与定、 转子间的相对 位置有关。 (2) ZKF定子合成磁场的轴线与转子励磁磁场的轴 线重合, 但方向恰好相反。 (3) ZKF和ZKB的定子三相绕组对应联接, 两机定子 绕组的相电流大小相等、 方向相反, 因而两机定子合 成磁场相对自己定子绕组位置的方向也应相反。
D′2, D′3对应联接， 被称为同步绕组或整步绕组。
记住
第七章 自整角机
记住 ZKF的转子绕组Z1, Z2端接交流电压Uf 产生励磁 磁通密度， 故称之为励磁绕组； ZKB的转子绕组 通过Z′1, Z′2端输出感应电势E0， 故被称之为输出绕
组。
为便于分析起见， ZKF的转子单相绕组（励磁
力矩式自整角机工作原理及应用
定期检查设备的紧固件和连接 部分，确保其紧固可靠，防止 松动或脱落。
根据制造商的建议，定期更换 易损件和消耗品，确保设备的 正常运行和延长使用寿命。
06 未来发展趋势与展望
技术创新方向
新型材料应用
01
探索高强度、轻质材料，提高自整角机性能，降低能耗和成本。
智能化技术融合
02
引入先进传感器和算法，实现自整角机的自适应、自学习和自
力矩式自整角机工作原理及应用
contents
目录
• 引言 • 工作原理 • 性能特点 • 应用领域 • 选型与使用注意事项 • 未来发展趋势与展望
01 引言
目的和背景
介绍力矩式自整角机 的基本概念和原理
分析力矩式自整角机 的优缺点及未来发展 趋势
探讨力矩式自整角机 在各个领域的应用
力矩式自整角机概述
强化产学研结合
加强企业与高校、科研机构的合作，推动技术创 新和成果转化，促进力矩式自整角机技术的实际 应用和产业发展。
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优化。
高效能驱动技术
03
研发高效能、低噪音、长寿命的驱动技术，提升自整角机整体
性能。
行业应用前景预测
航空航天领域
力矩式自整角机在航空航天器的姿态控制、稳定系统等方面具有 广泛应用前景。
机器人与自动化设备
随着机器人和自动化设备的普及，力矩式自整角机将在关节控制、 精准定位等方面发挥重要作用。
新能源与节能环保领域
控制电路根据传感器信号调整 定子绕组电流，从而控制电机
转矩和转速。
当负载发生变化时，控制电路 自动调整定子绕组电流，使电 机保持恒定转速或一种闭环控制系统， 通过不断检测和调整来实现高精度控 制。
第5章 自整角机-4
=0
第五章 自整角机
控制电机 (Control Electrical Machine)
因此，定子三相合成磁场为
B Bx B y Bx 3 Bm sin t 2
ic 2I c sin t
隙上降落的磁势相同——两
N c ic H dl Fm
l
段气隙上的磁压降相同，均 为Fm/2
注：自整角机转子交流电频
率为400Hz或50Hz
第五章 自整角机
控制电机 (Control Electrical Machine)
t
2
0
ic 2I c
B1x B1 cos1 B2 x B2 cos(1 120 ) B3 x B3 cos(1 240 )
B1 y B1 sin 1 B2 y B2 sin(1 120 ) B3 y B3 sin(1 240 )
保持相同的转角变化，或同步旋转。电机的这种性能称为自整步特性。
在伺服系统中，产生信号一方所用的自整角机称为发送机，接收信号一 方所用自整角机称为接收机。自整角机广泛应用于冶金、航海等位置和 方位同步指示系统和火炮、雷达等伺服系统中。
第五章 自整角机
控制电机 (Control Electrical Machine)
Introduction
As a circuit element, the selsynchro is essentially a variable-
coupling transformer. The magnitude of the magnetic coupling
力矩式自整角机工作原理及应用
力矩式自整角机工作原理及应用一、工作原理1.传感器测量力矩：力矩传感器采用一种特殊的结构，当受到力矩作用时，传感器会产生相应的位移或变形。
传感器通过测量这一位移或变形来得到受到的力矩大小。
2.控制器分析输入信号：传感器测量到的位移或变形信号被传输到控制器中，控制器会根据输入的信号进行分析和处理，并计算出当前物体的力矩大小。
3.电动机自动调整：控制器会将计算得出的力矩大小与预设的目标力矩进行比较，如果两者不一致，控制器会根据差异的大小和方向来控制电动机的转动。
电动机通过改变输出的力矩来使物体保持在平衡的状态。
4.执行机构调整物体：根据电动机的转动，执行机构会相应地调整物体的位置或角度，使物体受到的力矩等于目标力矩，从而达到自动调整的效果。
二、应用领域1.机器人：力矩式自整角机在机器人中起到非常重要的作用。
通过测量机器人关节处的力矩，控制器可以精确地调整机器人的姿态和位置，使其保持平衡或完成特定动作。
2.汽车悬挂系统：力矩式自整角机可以用于汽车悬挂系统中，通过测量车轮受到的力矩来实现自动调整。
这可以提高车辆的稳定性和行驶舒适度。
3.航空航天领域：在航空航天领域中，力矩式自整角机可以应用于飞机和航天器的姿态控制。
它可以通过测量受到的力矩来调整飞机或航天器的姿态，并保持它们的稳定性和平衡。
4.医疗领域：力矩式自整角机可以应用于医疗设备中，如手术机器人和康复设备。
通过测量受到的力矩，可以帮助医生或康复师调整机器人或设备的姿态，准确地进行手术或康复治疗。
5.工业生产：力矩式自整角机还可以应用于工业生产中的自动化系统。
它可以通过测量工业设备受到的力矩，实现设备的自动调整和控制，提高生产效率和产品质量。
6.体育训练：力矩式自整角机可以应用于体育训练中，如体操、滑雪和击球运动等。
通过测量运动员受到的力矩，可以帮助教练和运动员调整姿态和动作，提高训练效果和竞技表现。
总之，力矩式自整角机通过测量物体受到的力矩并自动调整，可以应用于多个领域，实现力矩的精确测量和自动控制，提高系统的稳定性和性能。
自动控制元件部分课后题答案
自动控制元件 部分课后题答案第一章 直流伺服电动机1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定？答：a ：由T em =C m ΦI a 知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。
b ：由T em =T 0 +T 2 =CmΦIa 控制电流由负载转矩(T 2)和空载转矩(T 0)大小决定。
1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化？为什么？答：a ：电磁转矩T em =T 0 +T 2可见电磁转矩也不变。
由T em =C m ΦI a 知控制电流I a 也不变b ：KeKtRaTem Ke Ua n -=知T em 不变可见U a 转速升高理想空载转速变大导致转速n 升高。
1-3已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V ，额定运行时电枢电流Ia=0.4A ，转速n=3600rpm ，它的电枢电阻Ra=50欧姆，负载阻转矩To=15mN.m 。
试问该电动机额定负载转矩是多少？答：Ea= Ua- IaRa=110-0.4×50=90VEa=Ce Φn, Ce=0.105Cm Cm Φ=0.23836000.10590n 105.0=⨯=⨯Ea T em =T 0 +T 2=CmΦIa→T 2=CmΦIa -T 0 =0.40.238=0.0952-15×10-3=80.2mN.m 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时，如将负载转矩减少，试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化？并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。
答：磁转矩T em =T 0 +T 2可见T 2 ↓电磁转矩也↓。
由T em =C m ΦI a 知控制电流I a ↓Ea= Ua- IaRa 可见I a ↓知Ea↑，由Ea=Ce Φn 知Ea↑知n ↑第二章 直流测速发电机2-4某直流测速发电机，其电枢电压U=50V ，负载电阻R L =3000Ω，电枢电阻Ra=180Ω，转速n=3000rpm ，求该转速下的空载输出电压Uo 和输出电流Ia 。
自整角机结构原理
和 小
由于接收机转子不能转动，即 J 是恒定的。控制式自
功
整角机的输出电动势的大小反映了发送机转子的偏转角
率
同
度，输出电动势的极性反映了发送机转子的偏转方向，
步
电
从而实现了将转角转换成电信号。
动
机
电机与拖动
四、控制式自整角机的应用
图是雷达高低角自动显示系统示意 自
整 图，图中自整角发送机6转轴直接与雷
电机与拖动
自整角机
自
整
角
电
在自动控制系统中，常常需要指示位置和角度的数值，Fra bibliotek机 和
或者需要远距离调节执行机构的速度，或者需要某一根
小 功
或多根轴随着另外的与其无机械连接的轴同步转动，这
率 样，就出现了自整角机，即用来实现自动指示角度和同
同
步 步传输角度的一类控制电机。
电
动
机
电机与拖动
一、结构
自
自整角机通常是两台或两台以上组合使用，产生信
角
电 生力矩，而F1'与Ff轴线的夹角即失调角=1-2，若
机 和
=90时产生的最大整步转矩为Tm，那接收机所产生
小 功
的整步转矩可以表达为
率 同
T=Tmsin
步
电
动
机
电机与拖动
自
当失调角越大，自整角接收机产生的整步转矩越大，
整
角 转矩的方向是使Ff和F1'靠拢，即转子往失调角减小的
电
机 方向旋转，如为空载，最终会消除失调角，此时，两
之间的角位差，称为失调角。
电机与拖动
自
1—定子；2—转子；3—阻尼绕组；
第5章自整角机
以 代替sin 所造成
的误差不大于5%。
控制电机
失调角很小时，输出电势看成与失调角成 正比，这样输出电势的大小反映了发送轴和接
收轴转角差值的大小。 E0 E0max
自整角变压器输出绕组接上交流放大器时， 可认为输出绕组电压为：
U0= U0max
D’1
B’
该电压经放大后，送给
D’3
5.4 控制式自整角机的性能指标
一、误差概述
控制式自整角机在失调角很小时，其变压器
的输出电压为U0= U0max ，当 = 0 时，U0= 0 。
这个结论是在理想的自整角机中得出来的。
实际上，由于结构和工艺上的各种因素，即
使在协调位置 = 0 输出绕组中仍有电压U0存在。
D’1
B’
一般情况下，这个
Z’1 D’1 1 B’
当 = 0，cos =1 即转子绕组轴
线重合时，
E0= E0max ，变压器输出电势达
D’2
D’3 到最大。
控制电机
E0
2
1 Z’2
Z’1 D’1 1 B’
E0= E0max cos
把 = 0 作为协调位置，那么
协调时反而输出最大电势， 这是随动系统所不希望的。 系统希望协调位置时输出绕 组电势为 0 。
控制式自整角接收机输出的是与两 轴转角差成一定关系的电压，该电压控 制交流伺服电动机去带动被动轴旋转， 故能带动较大负载。由于接收机工作在 变压器状态，故通常称为自整角变压器。
控制电机
力矩式接收机直接输出力矩并带动负 载，但带载能力差，只能带动指针、刻度 盘等轻负载，常用于角度传输精度要求不 很高的指示系统中。
置定义为协调位置。协调时，输出电势E0= 0。相
自整角机工作原理
自整角机工作原理一、什么是自整角机自整角机是一种用于金属加工中的机械设备，主要用于对金属材料进行角度修整和整形。
它能够精确地调整金属材料的角度，使其达到所需的要求。
自整角机广泛应用于机械制造、汽车制造、船舶制造等领域。
二、自整角机的组成部分自整角机由以下几个主要组成部分构成：1. 机架机架是自整角机的基础支撑结构，通常由坚固的钢材制成。
机架的稳定性和刚性对于自整角机的工作效果至关重要。
2. 主轴主轴是自整角机的核心部件，它通过电机驱动，并且具有可调节的转速。
主轴上安装有刀具，用于对金属材料进行切削和修整。
3. 刀具刀具是自整角机上用于切削和修整金属材料的工具。
常见的刀具有切削刀具、车削刀具等。
刀具的选择和使用对于自整角机的工作效果和加工质量有着重要的影响。
4. 控制系统控制系统是自整角机的重要组成部分，它通过对主轴的转速、刀具的位置和运动轨迹进行控制，实现对金属材料角度的精确调整。
控制系统通常由电气元件、传感器和计算机等设备组成。
三、自整角机的工作原理自整角机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 材料夹持首先，需要将待加工的金属材料夹持在自整角机的工作台上。
夹持方式可以根据具体的加工要求选择，常见的夹持方式有机械夹持和液压夹持。
2. 刀具定位在金属材料夹持好之后，需要将刀具定位到待修整的角度位置。
刀具的定位可以通过手动调整或者自动控制实现，具体方式取决于自整角机的设计和配置。
3. 开始加工一切准备就绪后，可以开始加工了。
自整角机的控制系统会根据预设的参数，控制主轴的转速和刀具的运动轨迹，对金属材料进行切削和修整。
加工过程中，自整角机会根据实际情况对刀具的位置进行微调，以确保加工精度和质量。
4. 完成加工当金属材料达到预设的角度要求后，加工过程结束。
此时，需要停止主轴的转动，并将金属材料从夹持装置中取出。
四、自整角机的优势和应用自整角机具有以下几个优势：1.精度高：自整角机通过控制系统的精确调整，能够实现对金属材料角度的精确控制，加工精度高。
力矩式自整角机工作原理及应用
组轴线位置, 是当两机加励磁后, 由原来与
ZLJ转子轴线相同的位置人为地逆时针方向
旋转δ角的位置, 当忽略磁路饱和时, 我们可
分别讨论ZLF和ZLJ单独励磁的作用, 然后进
行迭加。
图 5 - 26 力矩式自整角机的工作原理图
图 5 – 27 载流线圈在合成磁场中所受到的力矩
• 5.5.2 力矩式自整角机的失调角和协调 位置
感应变压器电势。 定子各相电势时间上
同相位, 其有效值与定、 转子间的相对位 置有关。
•
(2) ZKF定子合成磁场的轴线与转子
励磁磁场的轴线重合, 但方向恰好相反。
•
(3) ZKF和ZKB的定子三相绕组对应
•
(4) ZKB的输出电势的有效值
E2=E2max sinγ, 其中γ叫失调角。 失调角 γ=90°-δ,γ角 是实际ZKB转子绕组轴线X(t 从 Z2′到Z1′方向)偏移(超前)协调位置( 方 向)的角度(取正号)(图 5 - 20 所示)。 协调
图 5 - 29为测量水塔内水位
5.6 自整角机的选用和技术数据
•
在自动控制系统中, 如果遇到要求能
够“自动跟随”(或同步随动)、 远距离测量、
伺服机构的远距离控制等情况时, 理所当然
应选用自整角机。 在选择自整角机时, 必然
牵扯到自整角机本身的技术数据以及在选
用中应注意的一些问题, 以下分别介绍。
•
力 矩 式 自 整 角 机 的 接 收 机 ZLJ 转 子
在失调时能产生转矩T来促使转子和发送
机ZLF转子协调, 这个转矩是由电磁作用产
生的, 我们称之为整步转矩。 由于磁密
Bq=B sinδ起了关键作用, 故整步转矩与 sinδ成正比, 即
自整角机
自整角机姓 名 李程 学 号 20096690 院、系、部 电气工程系 班级 方0910-6 完成时间2012年5月17日※※※※※※※※※ ※※※※ ※※※※※※※※※※※ 2009级控制电机摘要《控制电机》包括伺服电动机、测速发电机、自整角机、旋转变压器和步进电动机。
自整角机按其功能可分为力矩式自整角机和控制式自整角机。
力矩式自整角机通常用于角度传输的指示系统，即同步传递角位移或同步旋转系统，也就是小功率同步随动系统。
控制式自整角机主要用于由自整角机和伺服电动机构成的随动系统，其接收机不直接带负载，即不输出力矩。
力矩式用于同步指示系统；控制式用作测角元件。
自整角机是利用自整步特性将转角变为交流电压或由转角变为转角的感应式微型电机，在伺服系统中被用作测量角度的位移传感器。
自整角机还可用以实现角度信号的远距离传输、变换、接收和指示。
两台或多台电机通过电路的联系，使机械上互不相连的两根或多根转轴自动地保持相同的转角变化，或同步旋转。
电机的这种性能称为自整步特性。
在伺服系统中，产生信号一方所用的自整角机称为发送机，接收信号一方所用自整角机称为接收机。
自整角机广泛应用于冶金、航海等位置和方位同步指示系统和火炮、雷达等伺服系统中。
关键词：控制电机自整角机力矩式控制式Abstract" Control" includes a servo motor, the motor tachogenerator, synchro, a rotary transformer and a stepping motor. Synchro according to their function can be divided into torque synchro control synchro. Torque synchro usually used for angle transmission indication system, namely synchronous transfer of angular displacement or synchronous rotation system, is also the small power synchronous servo system. Control synchro used primarily by the synchro and servo motor consists of servo system, the receiver can not directly with the load, the output torque. Torque type used for synchronizing system; control type used as measuring element. Synchro is the use of the characteristics of the corner step into AC voltage or by corner to corner the induction type micro motor, servo systems are used as the measurement of the angle displacement sensor. Synchro can also be used to realize the angle signal remote transmission, transformation, receiving and instructions. Two or more motors through circuit connection, so that the machines are not connected with each other by two or more rotating shaft automatically maintains the same angle changes, or synchronous rotation. Motor this performance is called self synchronizing characteristics. In a servo system, a method for generating signal of synchro called transmitter, receiving a signal of a party with synchro called receiver. Synchro are widely used in metallurgy, navigation and position and azimuth synchronizing system and artillery, radar servo system.Key Words:Control motor Selsyn Torque type Control type目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)引言 (4)一概述 (5)㈠自整角机的功能与分类 (5)㈡自整角机的结构 (5)二控制式自整角机 (6)㈠控制式自整角机的工作原理 (6)㈡控制式自整角机的差动运行 (6)㈢控制式自整角机的性能指标 (6)三力矩式自整角机 (6)㈠力矩式自整角机的工作原理 (6)㈡力矩式自整角机的差动运行 (7)㈢力矩式自整角机的主要技术指标 (7)㈣力矩式自整角机的应用举例 (7)四直线自整角机 (7)五自整角机的选择和使用 (7)㈠自整角机的技术数据 (8)㈡选用时应注意的事项 (8)㈢使用中应注意的问题 (8)结论 (9)参考文献 (10)引言自整角机是一种将转角变换成电压信号或将电压信号变换成转角，以实现角度传输、变换和指示的元件。
力矩式自整角机实验
实验一力矩式自整角机实验一．实验目的1．了解力矩式自整角机精度和特性的测定方法。
2．掌握力矩式自整角机系统的工作原理和应用知识。
二．预习要点1．力矩式自整角机的工作原理。
2．力矩式自整角机精度与特性的测试方法。
3．力矩式自整角机比整步转矩的测量方法。
三．实验项目1．测定力矩式自整角发送机的零位误差。
2．测定力矩式自整角机的静态误差。
四．实验设备及仪器1．NMEL系列电机系统教学实验台主控制屏（NMEL-II）2．自整角机实验仪T2T3注意：机械角度超前为正误差，滞后为负误差，取其正、负最大误差绝对值之和的一半，此误差值即为发送机的零位误差∆θ0，以角分表示。
力矩式自整角发送机的精度由零位误差来确定。
2．测定力矩式自整角机的静态误差∆θjt在力矩式自整角机系统中，静态协调时，接收机与发送机转子转角之差即静态误差∆θjt，以角度表示。
实验接线仍如图6-3所示。
将发送机和接收机的励磁绕组加额定励磁电压220V，待稳定后，把发送机和接收机调整在0︒位置，缓慢旋转发送机刻度盘，每转过20︒，测取接收机实际转过的角度并记录于表6-6中。
力矩式接收机的静态误差。
六．实验报告1．根据实验结果，求出被试力矩式自整角发送机的零位误差∆θ0。
2．根据实验结果，求出被试力矩式自整角接收机的静态误差∆θjt。
实验二控制式自整角机参数的测定一．实验目的1．通过实验测定控制式自整角机的主要技术参数。
2．掌握控制式自整角机的工作原理和运行特性。
二．预习要点1．控制式自整角机的工作原理和运行特性。
2．控制式自整角机的主要技术指标。
三．实验项目1．测自整角变压器输出电压与失调角的关系U2=f(θ)。
2．测定比电压uθ。
3．测定零位电压u0。
四．实验设备及仪器1．NMEL系列电机系统教学实验台主控制屏（NMEL-II）2．自整角机实验仪五．实验方法1．测定控制式自整角变压器输出电压与失调角的关系U2=f(θ)接线如图6-5所示。
在自整角发送机的L1、L2绕组两端施加额定电压U N。
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失调角也是随动系统中常用术语之一)。 由图 5 - 18 明
显可见δ=90°-γ, 代入式(5 - 11)得
第5章 自整角机
E2=E2max cos(90°-γ)=E2max sinγ
(5 - 12)
上式说明自整角机变压器 (ZKB)的输出电势与失调 角γ的正弦成正比, 其相应曲线形状如图 5 - 21 所示。 图上若在0°<γ<90°的范围内, 失调角γ增加输出电势 E2也增大； 若90°<γ<180° 时, 输出电势E2将随失调 角 γ增大而减小； γ=180°时 , 输出电势E2 又变为零。 但是, 当失调角γ变负时, 输出电势E2的相位将变反。
也就是失调同样的角度所获得的信号电压大, 因此系统
的灵敏度就高。
第5章 自整角机
图 5 - 23 输出电压在γ=0时的切线
第5章 自整角机
5.4 带有“ZKC”的控制式自整角机
自整角机除了作成对 (ZKF 和 ZKB) 运行外 , 还可在 ZKF 和 ZKB 之间再接入控制式差动发送机即 ZKC 作控 制式运行。 其目的是用来传递两个发送轴的角度和或 角度差。 第 5.2 节已说明差动式自整角机的结构特点: 转子采用隐极式结构, 而且转子铁心的槽中放置有三相 对称分布绕组, 并通过三组集电环和电刷引出, 参考图 5 - 9； 定子和普通自整角机完全相同, 属三相对称绕组, 参考图 5 - 7(a)和图 5- 8。
第5章 自整角机
(4) ZKB的输出电势的有效值E2=E2max sinγ, 其中γ叫
失调角。 失调角γ=90°-δ,γ角 是实际ZKB转子绕组轴 线(从Z2′到Z1′方向)偏移(超前)协调位置( 方向)的角 X t 度(取正号)(图 5 - 20 所示)。 协调位置为输出电势等于 零的位置。 在失调角比较小时, U 2=U 2max γ, 这里γ的 单位取弧度(rad)。
第5章 自整角机
图 5 - 16 定子绕组中的电流
第5章 自整角机
由于发送机转子磁密轴线在空间的位置不变, 且其长 度(即模值)是时间的正弦(或余弦)函数, 故发送机定子合 成磁场也是一个脉振磁场。 脉振磁场可以分解为两个大小相同、方向相反的圆 形旋转磁场，分别在定子绕组中产生两组三相对称的感 应电动势，从而在接收机定子产生同样的两组三相对称 电压 （发送机和接收机定子绕组中点电位相同，都为 零）。发送机和接收机各对应相的定子电流大小相等、 方向相反。 接收机定子绕组产生的磁场必然也是脉振磁场，磁 场轴线方向与发送机的相反。接收机转子绕组感应电动 势与其转角有关。
第5章 自整角机
5.3.3 控制式自整角机的主要技术指标之一——比电压
输出电压和失调角的关系为U2=U2max sinγ, 在γ角很 小时, U2=U2max γ； 即此时可以用正弦曲线在γ=0处的切 线近似地代替该曲线, 如图5 - 23 所示。 这条切线的斜 率称为比电压或电压陡度, 其值等于在协调位置附近失 调角变化1°时输出电压的增量, 单位为V/(°)。 目前 国产自整角变压器的比电压的数值范围为0.3～1 V/(°)。 由图 5 - 23 可见, 比电压大, 就是上述的切线的斜率大,
第5章 自整角机
带有差动发送机(ZKC)的控制式自整角机工作原理 如图 5 - 24 所示。 这里有两只发送机, 一只是普通的自 整角发送机(ZKF), 另一只则是控制式差动发送机(ZKC)。 自整角变压器(ZKB)用来输出电压。 图中ZKC的三相定 子对称绕组引线端用C1、 C2、 C3表示, 其转子三相对 称绕组用C1′、 C2′、 C3′表示。 转子绕组某相轴线与对 应相的定子绕组轴线的夹角定义为差动发送机转轴输 入角θ2。
第5章 自整角机
第5章 自整角机
5.1 自整角机的类型和用途 5.2 自整角机的基本结构 5.3 控制式自整角机的工作原理 5.4 带有“ZKC”的控制式自整角机 5.5 力矩式自整角机的运行 5.6 自整角机的选用和技术数据 思考途
自整角机属于自动控制系统中的测位用微特电机。 测位用微特电机包括： 自整角机、 旋转变压器(下一 章讲)、 微型同步器、 编码器等七类。 自整角机若按 使用要求不同可分为力矩式自整角机和控制式自整角 机两大类。 若按结构、 原理的特点又将自整角机分为 控制式、 力矩式、 霍尔式、 多极式、 固态式、 无刷 式、 四线式等七种。 而前两种是自整角机的最常用运 行方式。
第5章 自整角机
5.3.2 ZKB转子输出绕组的电势 若ZKF的转子绕组轴线与定子D1相绕组轴线空间夹 角为θ1时, 励磁磁通在D1相绕组中感应的变压器电势为： E1=E cosθ1(由式(5 - 4)得)。 同理, 当ZKB的定子合成磁 场的轴线与输出绕组轴线空间夹角为δ=θ2-θ1时, 合成磁
了接收轴和发送轴“自整角”或“自同步”的目的。
图中的“S、 R”(包括S′、 R′)分别表示定子、 转子绕组 的引线端符号(以前曾使用D、 E)。
第5章 自整角机
以上所分析的内容就是控制式自整角机的工作原理。 简单归纳如下： (1) ZKF的转子绕组产生的励磁磁场是一个脉振磁 场, 它在发送机定子绕组中感应变压器电势。 定子各相 电势时间上同相位, 其有效值与定、 转子间的相对位置 有关。 (2) ZKF 定子合成磁场的轴线与转子励磁磁场的轴 线重合, 但方向恰好相反。 (3) ZKF和ZKB的定子三相绕组对应联接, 两机定子 绕组的相电流大小相等、 方向相反,因而两机定子合成 磁场相对自己定子绕组位置的方向也应相反。
第5章 自整角机
图 5 - 22 随动系统中的ZKF-ZKB
第5章 自整角机
图 5 - 22 所示的随动系统中当ZKB输出绕组接上交 流放大器时, 可认为输出绕组电压也为： U 2=U 2max γ (5 - 13)
这个电压经放大后, 送给交流伺服电动机, 伺服电 动机就带着接收轴转动, 以缩小或消除转角差值, 达到
第5章 自整角机
无论自整角机作力矩式运行或者是控制式运行， 每一种运行方式在自动控制系统中自整角机通常必须 是两个(或两个以上)组合起来才能使用， 不能单机使 用。 若成对使用的自整角机按力矩式运行时， 其中有 一个是力矩式发送机(国内代号为ZLF， 国际代号为 TX)， 另一个则是力矩式接收机(国内代号为ZLJ， 国 际代号为TR)； 而成双使用的自整角机按控制式运行 时， 其中必然有一个是控制式发送机(国内代号为ZKF， 国际代号为CX)， 另一个则是控制式变压器(国内代号 为ZKB， 国际代号为CT)。 前述电机定子三相绕组为 Y形接法， 引出端符号分别为D1, D2, D3， 转子单相绕 组引出端用Z1和Z2表示， 如图 5 - 1
第5章 自整角机
图 5 - 11 控制式自整角机的原理电路图
第5章 自整角机
5.3.1 转子励磁绕组产生的脉振磁场及其作用
单相绕组通过单相交流电流， 在电机内部就会产 生一个脉振磁场， 这是一般交流电机的共性问题。 在这里结合自整角机的励磁磁场进行分析和讨论。
后， 励磁绕组将流 ZKF转子励磁绕组接通单相电压 U 1
第5章 自整角机
图 5 - 7 隐极式自整角机的定子和转子
第5章 自整角机
5.3 控制式自整角机的工作原理
据前述， 自动控制系统中的自整角机运行时必须 是两个或两个以上组合使用。 以下我们以控制式自整 角机“ZKF”和“ZKB”成对运行为例来分析其工作原 理。 图 5 - 11 为它的工作原理电路图。 图中左边为自 整角机发送机(ZKF)， 右边为自整角机变压器(ZKB)。 ZKF和ZKB的定子绕组引线端D1, D2, D3和D′1, D′2, D′3 对应联接， 被称为同步绕组或整步绕组。
场在输出绕组中感应的变压器电势有效值为
E2=E2max cosδ (5 - 11)
第5章 自整角机
式中, E2max 为ZKB输出绕组感应电势有效值达到最大时 的值, 即输出绕组轴线与定子合成磁场轴线重合时的电 势大小。 由于ZKF的励磁绕组外加电压 Uf 一般为固定 值, 成对运行的自整角机的参数也不变, 所以E2max 是一 个常数。
力矩式自整角机的功用是直接达到转角随动的目 的， 即将机械角度变换为力矩输出， 但无力矩放大作 用， 接收误差稍大， 负载能力较差， 其静态误差范围 为 0.5°～2°。 因此， 力矩式自整角机只适用于轻负 载转矩及精度要求不太高的开环控制的伺服系统里。
第5章 自整角机
图 5 - 3 雷达俯仰角自动显示系统原理图
第5章 自整角机
ZKF的转子绕组Z1, Z2端接交流电压Uj产生励磁磁通密
度， 故称之为励磁绕组； ZKB的转子绕组通过Z′1, Z′2 端输出感应电势， 故被称之为输出绕组。 图 5 - 11 的 自整角机的输出绕组为什么可以输出电势? 在什么条件 下可以输出电势? 为便于分析起见， ZKF的转子单相 绕组轴线相对定子 D1 相绕组轴线的夹角用 θ1 表示， ZKB的输出绕组轴线相对 ZKB的定子D′1相绕组轴线的 夹角用θ2表示， 而且设图中的θ2>θ1。 以下通过分析 ZKF 的转子励磁磁场及其定子电流产生的定子磁场就 能逐步搞清楚控制式自整角机的工作原理。
第5章 自整角机
图 5 - 20 控制式自整角机的协调位置
第5章 自整角机
图 5 - 21 控制式自整角机的输出电势
第5章 自整角机
若γ角用弧度作单位而且γ角又很小时, 数学上可以 令sinγ≈γ。 例如, 在γ=0°～10°(即0～0.174 53 rad)时, 用γ代替sinγ所造成的误差不大于0.51%； 在γ=0°～ 20°(即0～0 349 07 rad)时误差不大于2 02%……。 因 此, 失调角γ较小时, 可近似认为公式E2=E2max γ成立, 即 认为输出电势与失调角成正比。 这样输出电势的大小 就直接反映了发送机转轴和接收轴(随动系统中, 自整 角机变压器的转轴就是接收轴)之间差值的大小。